基于閉環反饋的智能同步液壓自動頂升控制技術研究

摘要：為提高頂升設備的雙軸同步控制精度，文章引進閉環反饋技術，開展智能同步液壓自動頂升控制技術研究，該研究引進移動平均濾波技術進行信號的預處理。閉環反饋控制系統將輸出量作為輸入量的一部分，利用基于比例積分微分（Proportion Integration Differential，PID）的自適應控制技術，結合控制器的輸出，根據同步誤差進行智能同步液壓頂升的動態調整。實驗結果證明：該應用設計的自動頂升控制方法可以確保設備的雙軸頂升位移變化趨勢與高度呈現一致性，以此實現預期的控制效果。

關鍵詞：閉環反饋；液壓自動頂升控制；同步；智能

中圖分類號：TH137 "文獻標志碼：A

0 引言

現有液壓油缸為獨立控制或者通過簡單的三通平衡閥進行控制，當抱桿兩側受力不完全一致時，必然導致頂升過程中兩側油缸的液壓缸行程不一致，高低不平，容易導致意外事故，對操作者和周圍環境造成潛在的安全風險。

楊西［1］將輸送輥道、擋料定位、頂升、分級篩分等功能集成在一起，使車輪的分級分選自動化。但系統的復雜性和高成本可能限制了其在一些中小企業中的普及。崔廣［2］通過精確計算和設計，利用千斤頂在交接段進行頂升作業，對既有車站進行位移補償，有效控制了施工過程中的沉降和變形。但千斤頂頂升過程中的精確控制和同步性是一大難點，需要高度精密的設備和嚴格的施工工藝來保障。

為解決現有方法的不足，提高液壓設備的作業效率與工作質量，文章將引進閉環反饋技術，開展智能同步液壓自動頂升控制方法的研究。

1 液壓自動頂升信號采集與處理

文章選擇位移、壓力傳感器等，用于監測液壓頂升過程中的關鍵參數［3］。該研究確保傳感器安裝位置準確，如位移傳感器須確保拉線垂直，避免誤判。文章通過數據采集設備（如數據采集卡、可編程邏輯控制器等）對傳感器輸出的信號進行采集，將物理信號轉換為電信號。此過程如式（1）所示。

Q=vd（a+1）（1）

其中，Q為電信號，v為采樣頻率，d為電壓信號，a為傳感器量程。在完成上述內容的處理后，文章引進移動平均濾波技術，通過計算一定窗口內采樣值的平均值，實現信號平滑處理。計算過程如式（2）所示。

y（n）=∑m（n）（N-1）k（2）

其中，y為信號的平滑處理，n為采樣信號，m為移動平均濾波系數，N為窗口內采樣值，k為均值處理次數。在完成上述處理后，文章利用中值法將窗口內的采樣值按大小排序，取中間值作為濾波結果。根據窗口內的采樣值集合，該研究對信號進行處理，此種處理方法能有效保護信號的邊緣信息，去除椒鹽噪聲。處理過程如式（3）所示。

z（n）=1y（n）χ（3）

其中，z為噪聲處理，χ為邊緣信息。對于復雜信號，所提方法能夠通過快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，FFT）將時域信號轉換為頻域信號，在頻域應用濾波器（如低通、高通、帶通等），再通過逆FFT轉換回時域。以此完成采樣信號的預處理［4］。此過程如式（4）所示。

c（n）=z（n）α+（β+1）（4）

其中，c為信號轉換，α為低通信號，β為高通信號。按照上述步驟，該研究完成液壓自動頂升信號采集與集中處理。

2 基于閉環反饋的輸出期望參量干擾抑制

在上述內容的基礎上，文章引進閉環反饋技術，對液壓自動頂升信號的輸出期望參量進行干擾抑制。閉環反饋控制系統通過引入反饋環節，將系統的輸出量（或經過變換的輸出量）作為輸入量的一部分，從而實現對系統偏差的自動糾正。

閉環反饋液壓同步采用了控制理論以及計算機信號控制，糾偏主要依靠傳感器反饋的頂升位移差值與設定值進行比較，通過此種方式，該研究可以獲得較高的同步精度，應用于需要高同步精度驅動的各類機械設備中。

為了滿足設計需求，文章通過AMESim軟件，搭建頂升閉環控制回路模型，此過程如式（5）所示。

f=∑1c（n）·δ（l）（5）

其中，f為頂升閉環控制回路模型，δ為頂升位移差值，l為設定的期望數值參量。原回路在引入閉環同步控制技術后，不僅可以根據實際需要設置位移偏差允許值，還能夠實現實時監測頂升位移，確保設備頂升過程中位移的同步性。

3 智能同步液壓頂升自適應控制

在完成上述設計后，該研究設計自適應控制算法，根據同步誤差實時調整控制參數［5］。根據設計需求，文章利用基于PID的自適應控制技術，結合控制器的輸出，根據同步誤差進行智能同步液壓頂升的動態調整。此過程如式（6）所示。

P=f·p（r）+1μ（6）

其中，P為同步誤差的動態調整，p為PID自適應控制參量，r為電機轉速，μ為微分增益系數。在多軸同步頂升系統中，該研究需要確保各軸之間的協調運動，在此過程中，文章可以通過主從控制或交叉耦合控制等方法，實現各軸之間的動態同步。在交叉耦合控制中，各軸的控制輸入不僅取決于本軸的誤差，還受到其他軸誤差的影響，以實現全局同步優化。

系統實時監測該過程的運行狀態，一旦檢測到異常情況（如壓力過高、位移異常等），立即觸發保護機制。通過上述方式，智能同步液壓頂升自適應控制系統能夠實現對復雜工況的靈活應對和精確控制，確保頂升過程的同步性和安全性。

4 對比實驗

液壓頂升技術作為關鍵機械傳動控制技術，在國內外得到廣泛研究應用，國內相關標準正逐步完善。文章引入閉環反饋技術設計優化方案，以大型電力公司智能同步液壓頂升設備作為試點測試。研究發現，雖然同步精度在常態下可達0.05 mm，但在極端工況下其誤差增至0.1 mm且復雜控制時系統響應時間將偶爾超過設計值，影響操作即時性。針對現有問題，本文需進一步優化控制算法，加強元件質量控制，引入更智能的預測性維護策略。

為此，該研究引進楊西［1］提出的控制方案、崔廣［2］提出的千斤頂頂升控制技術。研究人員應用本文所提方法與楊西［1］和崔廣［2］的方法進行智能同步液壓自動頂升設備的雙軸同步頂升控制。在控制過程中，該研究將傳感器與設備位移終端進行連接，自動測算設備的頂升位移。若控制技術應用效果良好，則雙軸的頂升位移變化應當保持一致；反之，若控制技術應用效果較差，則將出現雙軸頂升位移變化不一致的現象。以此為依據，本文進行雙軸頂升位移的控制實驗，控制效果如圖1—3所示。

從上述圖1—3所展示的實驗結果中可以看出，應用本文所設計的自動頂升控制方法，設備的雙軸頂升位移變化趨勢實現了高度一致，這一結果充分驗證了該方法的有效性和優越性。此種高度的同步性不僅提升了作業效率，還顯著增強了操作的安全性和穩定性。相比之下，楊西［1］與崔廣［2］的控制方法在相同條件下進行測試時，均未能達到預期的控制效果，具體表現為雙軸頂升位移存在顯著偏差，無法保持同步。

綜上所述，文章提出的基于閉環反饋的智能同步液壓自動頂升控制技術，在實際應用中展現出了優越的性能，不僅能夠有效解決傳統方法中的同步性問題，還為實現更高效、更安全的頂升作業提供有力支持。

5 結語

現階段，落地抱桿的組建基本實現了利用液壓倒 "裝架頂升方式代替傳統的機械提升方式，但是在兩側液壓油缸頂升過程中，不平衡頂升的現象時有發生。針對此方面問題，文章引進閉環控制技術，通過液壓自動頂升信號采集與處理、輸出期望參量干擾抑制、智能同步液壓頂升自適應控制，對智能同步液壓自動頂升控制技術展開了研究。所提方法改變了因油缸受力不均產生不平衡現象的現狀，實現了協同工作和自動化流程優化，加快了建設的施工進度，為作業安全性提供了有力保障。

參考文獻

［1］楊西.軋制車輪自動分類篩選輸送控制方案設計［J］.中國重型裝備，2022（2）：10-12.

［2］崔廣.新建車站下穿既有車站交接段千斤頂頂升控制技術研究［J］.科學技術創新，2024（8）：160-163.

［3］陳鏡宇，王俊國，侯景強，等.塔式起重機安拆、頂升作業危險因素分析及其預防措施［J］.工程建設與設計，2023（23）：268-270.

［4］王義.既有通航凈空不足橋梁整體同步頂升抬高改造施工關鍵技術［J］.珠江水運，2024（11）：116-119.

［5］吳連偉，張德君，李文博，等.發動機氣門彈簧與鎖夾座自動裝配的研究及應用初探［J］.中國設備工程，2022（2）：141-144.

（編輯 王永超編輯）

Research on intelligent synchronous hydraulic automatic lifting control technology

based on closed-loop feedback

YU" Jun， ZHANG" Yuqing， CHEN" Tao， WU" Fu， LIN" Tao

（East China Power Transmission and Transformation Engineering Co.， Ltd.， Shanghai 201803， China）

Abstract： In order to improve the accuracy of dual axis synchronous control of lifting equipment， this article introduces closed-loop feedback technology and conducts research on intelligent synchronous hydraulic automatic lifting control technology. This study introduces moving average filtering technology for signal preprocessing. The closed-loop feedback control system takes the output as a part of the input， uses PID based adaptive control technology and combines the output of the controller to dynamically adjust the intelligent synchronous hydraulic lifting according to the synchronization error. The experimental results demonstrate that the application of the designed automatic lifting control method can ensure that the dual axis lifting displacement trend of the equipment is consistent with the height， thereby achieving the expected control effect.

Key words： closed-loop feedback; hydraulic automatic lifting control; synchronization; intelligence